Моя жизнь в астрономии

В настоящее время гравитационно-волновые исследования превратились в одно из самых актуальных направлений астрономии и фундаментальной физики, где получены уникальные научные результаты.

Наряду с исследованиями в области гравитационно-волновой астрономии я продолжал заниматься изучением рентгеновских двойных систем с черными дырами. Масса черной дыры в рентгеновской двойной системе однозначно определяется, если известны функция масс оптической звезды, которая находится из спектральных наблюдений, наклонение орбиты системы и отношение масс компонент. Обычно наклонение орбиты находится из анализа кривой блеска, а отношение масс оценивается по вращательному уширению профилей линий поглощения в спектре оптической звезды. Оптическая звезда заполняет свою критическую полость Роша, размеры которой зависят от отношения масс. Чем больше размеры звезды, тем, при заданном орбитальном периоде, выше линейная скорость вращения экваториальных частей звезды и, соответственно, тем сильнее уширение линий в ее спектре, вызванное эффектом Доплера. Это и позволяет оценивать отношение масс по вращательному уширению линий поглощения. Обычно такая оценка отношения масс проводится в предположении о сферичности звезды. В серии статей, опубликованных в 2016–2017 годах, мы с Э. А. Антохиной и В. С. Петровым (моим аспирантом) показали, что если предположить, что оптическая звезда не сферическая, а заполняет полость Роша и имеет грушевидную форму, то отношение массы черной дыры к массе оптической звезды, оцениваемое по вращательному уширению линий, получается в полтора раза больше, чем в случае сферической модели звезды. При этом масса черной дыры почти не меняется, но масса оптической звезды уменьшается почти в два раза. Этот результат имеет значение при исследовании эволюции рентгеновских двойных систем.

Начиная с ввода в строй 2,5‑метрового телескопа КГО ГАИШ я подключился к наблюдательным программам на этом телескопе. Мне это было делать особенно приятно, поскольку 2,5‑метровый телескоп и Кавказская горная обсерватория были реализованы по моей инициативе и под моим руководством. Крупный размер телескопа и наличие ИК-фотометра позволили нашей группе начать регулярные ИК наблюдения рентгеновских новых с черными дырами в спокойном состоянии. Это слабые объекты с визуальной звездной величиной 18–23, поскольку в спокойном состоянии у этих маломассивных рентгеновских двойных систем доминирует излучение маломассивной звезды – донора вещества позднего спектрального класса К–М. Рентгеновская светимость аккрецирующей черной дыры в этом состоянии очень мала (~ 10³⁰–10³³ эрг/с, а во время вспышки она достигает ~ 10³⁸–10³⁹ эрг/с).

Поскольку в оптическом и ИК-диапазонах диск вокруг черной дыры светит в основном из‑за прогрева рентгеновским излучением центральной аккрецирующей черной дыры, оптическая и ИК светимость диска весьма мала. По линиям поглощения в спектре системы в спокойном состоянии определяется кривая лучевых скоростей этой звезды, что дает возможность измерить функцию масс системы, которая несет информацию о массе черной дыры. Как уже отмечалось, определение наклонения орбиты по ИК кривой блеска системы (наблюдения в ИК-диапазоне важны ввиду того, что звезда-донор является «красной» и имеет поздний спектральный класс), а также определение отношения масс компонент системы по вращательному уширению линий поглощения в спектре звезды-донора позволяют, при известной функции масс системы, однозначно оценить массу черной дыры.

Ввиду слабости рентгеновских новых в спокойном состоянии, их фотометрические наблюдения в ИК-диапазоне представляют трудную, но достойную задачу для нашего 2,5‑метрового телескопа.

В 2019 году мы опубликовали в международном журнале MNRAS две статьи по исследованию рентгеновских новых с черными дырами в спокойном состоянии (системы А0620-00 и XTEJ1118+480) с использованием ИК наблюдений на 2,5‑метровом телескопе КГО и оптических наблюдений на 1,25‑метровом телескопе ЗТЭ Крымской станции ГАИШ.

Это позволило определить спектры адвекционно-доминированных дисков вокруг черных дыр в широком диапазоне λ = 6000 ÷ 22 000 ангстрем.

Нам удалось наблюдательно протестировать результаты трехмерных газодинамических расчетов течения газа во взаимодействующих двойных системах, полученные в группе А. А. Боярчука и Д. В. Бисикало, а также дать надежные оценки масс черных дыр. Были также изучены явления нестационарности в системах, вызванные взаимодействием газовой струи с внешней границей адвекционно-доминированного диска. Было также показано, что, несмотря на то что системы находятся в спокойном состоянии с очень малой рентгеновской светимостью, в них происходят бурные нестационарные процессы.

К настоящему времени с использованием 2,5‑метрового телескопа КГО в нашей группе накоплены ИК наблюдательные данные еще по нескольким рентгеновским новым с черными дырами в спокойном состоянии, для которых проводится соответствующее математическое моделирование.